Mapas de previsão numérica de tempo: o que é analisado?

A previsão do tempo inicia com uma análise das condições mais atuais da região de interesse. Na análise sinótica, são observados dados e produzidos mapas de diferentes variáveis meteorológicas, incluindo previsões numéricas do tempo (PNT) para os próximos dias. Depois de fazer uso de várias ferramentas (incluindo a PNT e sua experiência de trabalho), o meteorologista pode apresentar sua previsão de tempo.

No post Mapas de previsão de tempo com python, é apresentado como fazer mapas para uma análise sinótica bem completa, com aplicação no post Análise de previsão: eventos de neve e de geada. Aqui vai uma explicação das variáveis utilizadas em cada nível (com altitude típica em metros entre parênteses) e como é usada para fazer a previsão de tempo.

Mapas de superfície, 850, 500 e 250 hPa das variáveis e data/hora indicadas - evento de neve
Mapas de superfície, 850, 500 e 250 hPa das variáveis e data/hora indicadas – evento de neve
  • Superfície (~ 120 m): contornos sombreados de temperatura do ar a 2 metros de altura, linhas de espessura entre os níveis de 1000 e de 500 hPa e linhas de pressão reduzida ao nível do mar.

Uma linha de espessura é calculada como a diferença entre as alturas geopotenciais de dois níveis. Como o ar se comporta quase como um gás ideal e a distância vertical é proporcional ao volume em uma área de superfície especificada, a espessura entre dois níveis de pressão é proporcional à temperatura média do ar entre esses níveis. Assim, valores baixos de espessura significam ar relativamente frio. A linha de 5400 metros é destacada por ser geralmente usada como uma regra prática para indicar a divisão entre chuva (valores maiores) e neve ou graupel (valores menores) para terrenos baixos. A linha de 5700 costuma ser referência para definir o limite de uma massa tropical.

As linhas de contorno indicam a pressão ao nível do mar em hPa (ou mb), cujo valor é geralmente em torno de 1000 na superfície. Os máximos (ou mínimos) locais são indicados com as letras H (ou L) em azul (ou vermelho). A baixa pressão ao nível do mar indica ciclones ou tempestades perto da superfície, enquanto que a alta pressão indica tempo estável.

Um cavado é um mínimo relativo de pressão, mas não fechado como um ciclone. Analogamente, uma crista é um máximo relativo de pressão e aberto, diferentemente de um anticiclone. Se fizer uma linha reta entre dois pontos de uma isóbara e passar por uma região com menor pressão, então é um cavado; caso contrário, é uma crista.

O cruzamento entre linhas de espessura e isóbaras indicam advecção de temperatura. Quando o ar escoa de modo que as linhas isóbaras (de igual pressão) e isotermas (igual temperatura) não coincidem, essa atmosfera é dita baroclínica. A baroclinia é uma medida da estratificação do fluido, já que a densidade depende da temperatura e pressão, sendo encontrada em latitudes médias e polares. Contrasta com a atmosfera barotrópica, onde a densidade depende apenas da pressão e geralmente é encontrada em latitudes centrais (trópicos).

Resumidamente: deve-se usar os campos de pressão para localizar os sistemas (cavados/cristas e ciclones/anticiclones) e frentes (regiões de máxima curvatura ciclônica); os campos de espessura (temperatura) permitem localizar as massas de ar (quentes/tropicais e frias/polares).

  • 850 hPa (~1460 m): linhas de temperatura no nível, sombreado de água precipitável e vento (através de linhas de corrente e barbelas)

As linhas de contorno indicam a temperatura do ar no nível de 850 hPa, sendo que contorno de 0°C é destacado por ser usado como um divisor entre a chuva e a neve.

Os contornos sombreados indicam água precipitável total na atmosfera. Ela é a profundidade total da água líquida que resultaria se todo o vapor d’água contido em uma coluna vertical de ar pudesse ser “espremido”, deixando o ar completamente seco. Indica a umidade total do ar acima de um local e é um bom indicador da quantidade de umidade potencialmente disponível para fornecer chuva.

As linhas de corrente indicam o fluxo do vento, enquanto que as barbelas indicam o sentido e a intensidade – as indicações ficam viradas para “baixo” no hemisfério sul e para “cima” no hemisfério norte. A advecção da temperatura pode ser inferida observando se o vento está soprando ar frio em direção a uma região quente ou ar quente em direção a uma região fria. Da mesma forma, o avanço da água precipitável total pelo vento pode ser inferido observando-se a direção e a taxa em que as áreas úmidas parecem ter sido sopradas.

Nesse nível, é comum observar um amplo escoamento anticiclônico associado a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) que às vezes adentra pela Região Nordeste e Sudeste do Brasil, se propagando para a Região Norte e Centro-Oeste. Parte do fluxo associado à ASAS deflete nos Andes e geralmente é direcionado para a faixa entre a Bolívia e o sudeste/sul do Brasil, configurando o Jato de Baixos Níveis (JBN).

A advecção de temperatura também pode ser calculada, conforme termo presente na equação quasegeostrófica, sendo máxima em 850 hPa – por isso é calculada nesse nível. No caso de um campo de advecção de temperatura, a região de máximos valores correspondem a sistemas frontais; em torno dos ciclones, pode haver advecção quente a leste e sul e advecção fria a oeste e norte.

Resumidamente: observando a temperatura, verificar eventuais gradientes fortes e massas de ar (particularmente abaixo de 0°C) com relação a ciclones/anticiclones (se houver); observar vento para estimar advecção.

  • 500 hPa (~5600 m): vento (linhas de corrente) e umidade específica em superfície (sombreado)

As linhas de corrente indicam a direção do fluxo do vento, sendo que 500 hPa é um nível de não-divergência. Por isso, é interessante notar o aprofundamento de sistemas ciclônicos e anticiclônicos de níveis superiores ou inferiores. No hemisfério sul, os ventos dos ciclones circulam em sentido horário e nos anticiclones, em sentido anti-horário – o oposto do que acontece no hemisfério norte.

Uma circulação anticiclônica em 500 hPa favorece movimentos subsidentes na camada, ou seja, o entranhamento do ar seco da camada média da troposfera para os níveis inferiores. Isso contribui para a diminuição dos índices de umidade relativa do ar e dificulta a formação de nebulosidade significativa. Já movimentos ciclônicos estão associados a movimentos verticais e convecção de umidade em superfície, se houver.

Um cavado nesse nível pode gerar precipitação devido à advecção de vorticidade ciclônica. Se a pressão cai em um nível superior, então ar tende a subir na superfície. A vorticidade indica a rotação do ar. A vorticidade positiva é ciclônica, anti-horária e geralmente relacionada a convergência e nebulosidade (aparece em vermelho nos mapas) e a negativa é o oposto (representada em azul). Advecção de vorticidade absoluta é a principal forçante na alta troposfera, responsável por propagar distúrbios horizontalmente e na vertical, deslocando o sistema.

Áreas frias em 500 hPa podem indicar instabilidade. Isso por que pode ser proveniente de uma advecção de ar frio superior (vento térmico, soma vetorial entre os ventos em 500 e 1000 hPa), instabilizando a atmosfera. Uma redução da espessura implica em redução da vorticidade. Quando um sistema se desloca, também muda vorticidade absoluta (soma da relativa com o termo de Coriolis), mas para manter sua área constante (conservação de momento angular), pode encolher indo para sul ou expandir indo para norte (hemisfério sul).

Também podem ser calculados campos de advecção de vorticidade, que é máxima em 500 hPa – por isso é calculada nesse nível. Neles, deve-se atentar para regiões de advecção negativa (ciclônica no HS) geralmente a leste do cavado (máxima advecção entre o eixo do cavado e o da crista, mas nunca exatamente no eixo) e advecção positiva a oeste (nem sempre). Em campos calculados de ômega, deve haver movimento vertical ascendente a leste do cavado e subsidente (valores positivos) a oeste do cavado (nem sempre).

Chama-se umidade específica a massa do vapor numa dada região em relação à massa total de ar daquela região, aqui em kg/kg. Valores altos indicam a disponibilidade de umidade. Diferentemente da umidade relativa, essa grandeza não depende da temperatura, permitindo uma melhor avalização da disponibilidade de água na atmosfera. Analisar o vento em 500 hPa permite estimar para onde vão as nuvens (e chuvas), com uns 15 min de antecedência, e previsão de tempo para as próximas 12/24h.

  • 250 hPa (~10000 m): vento (linhas de corrente e sombreado para intensidade)

As linhas de corrente indicam a direção do fluxo do vento, que é geralmente de oeste para leste em 250 hPa. O sombreado indica a velocidade dos ventos no nível de pressão dado, em metros por segundo. O nível de 250 hPa permite observar as regiões de ocorrência do jato subtropical, cujo núcleo geralmente fica mais em 200 hPa, e do jato polar, que tem o máximo normalmente entre 250 e 300 hPa. Observar os ventos em 250 hPa também permite localizar regiões de divergência ou convergência em altos níveis, que estão acopladas a convergência e divergência em superfície, respectivamente. A convergência de baixo nível com divergência em alto no mesmo local geralmente está associada a fortes velocidades verticais na troposfera média e chuvas intensas.

Considerações e comentários sobre modelos

Durante períodos com mudança de comportamento da atmosfera (chegada da primavera ou outono), a rodada de um dia pode ficar bem diferente do outro (ex: ECMWF dando muita chuva para Centro-Oeste nos próximos dias e tira no dia seguinte). Comparar com outro modelo pode tirar dúvida se apontarem na mesma direção, mas não significa que vai ser sempre assim.

Deve-se evitar o viés de confirmação: tendência de se lembrar, interpretar ou pesquisar por informações de maneira a confirmar crenças ou hipóteses iniciais. Modelo representa a realidade, portanto é imperfeito/limitado.

Para uma previsão de tempo, olhar também tempo presente; para tendências climáticas, olhar a temperatura dos oceanos. Entre modelos, compara-se a posição e o volume da precipitação nas regiões dos mapas. Um modelo pode ter parametrização que funciona melhor para uma região (ex: mudar parametrização de nuvens e deixar mais “úmido” implica em amplitude térmica menor, visando melhorar previsões de lugares que o modelo “seca” artificialmente).

Parametrização física é o procedimento matemático que descreve os efeitos estatísticos de processos de sub-grade sobre o fluxo médio em função de parâmetros de grande escala.

GFS – Modelo básico gratuito fornecido pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) com resolução não tão boa. Comparado a outros modelos, o GFS pode falhar em áreas montanhosas e ao prever nuvens e precipitação. Como o modelo é gratuito, a maioria dos aplicativos climáticos usa GFS.

ECMWF – Modelo muito precisa fornecida pelo ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Claro vencedor em comparação com outros modelos de previsão – mas isso não significa que esteja sempre correto. Como o modelo é comercial, poucas empresas no mundo o oferecem.

Meteoblue – Conjunto de vários modelos de previsões globais e locais usando inteligência artificial. Desenvolvido pela empresa suíça, o Meteoblue supera outros modelos em temperatura e vento. Destaca-se especialmente nas áreas alpinas.

Icon – Modelo global desenvolvido e operado pela alemã DWM. Um dos modelos de previsão mais modernos com resultados muito bons.

Weather Underground – Serviço comercial que fornece informações meteorológicas em tempo real pela Internet, fazendo parte da The Weather Company (IBM) juntamente com o Weather Channel. Suas previsões são geradas a partir de um sistema de previsão proprietário, chamado como BestForecast, que aproveita a vasta quantidade de dados meteorológicos (mais de 250 mil estações) que eles obtém da comunidade deles. O foco das previsões são para os EUA.

Fontes

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